Nature Protocols|深圳先進(jìn)院耿晉團(tuán)隊(duì):光介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)大分子合成
眾所周知,由于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)環(huán)境高度復(fù)雜且細(xì)胞對(duì)外部刺激極為敏感,利用化學(xué)手段在活細(xì)胞內(nèi)實(shí)現(xiàn)分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化,特別是大分子合成一直以來(lái)都較為困難。由于相關(guān)技術(shù)所限,對(duì)這些問(wèn)題的探索目前僅處于起步階段。設(shè)計(jì)細(xì)胞內(nèi)原位合成大分子的方法在細(xì)胞生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以提供研究的新方法,具有潛力巨大的可能性。
3月21日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院耿晉研究員團(tuán)隊(duì)在Nature Protocols發(fā)表了題為“Light-mediated intracellular polymerization”的研究文章。研究成果介紹了如何在活體細(xì)胞內(nèi)通過(guò)光介導(dǎo)進(jìn)行原位大分子合成,這樣生成的胞內(nèi)聚合物在增強(qiáng)肌動(dòng)蛋白聚合、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境、生物成像應(yīng)用以及作為癌癥治療策略的研究上提供了新途徑和新思路。

研究團(tuán)隊(duì)展示了如何通過(guò)將高生物相容性單體引入活細(xì)胞中,然后使用光激活來(lái)啟動(dòng)聚合反應(yīng),例如可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)或自由基聚合。使用光啟動(dòng)對(duì)聚合過(guò)程進(jìn)行精確的空間和時(shí)間控制,且具有快速的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和較好生物相容性。大約僅需幾分鐘(通常根據(jù)波長(zhǎng)而定,大約5-10分鐘)即可合成不同結(jié)構(gòu)的大分子聚合物,這種短暫的反應(yīng)時(shí)間對(duì)于避免引起細(xì)胞應(yīng)激和細(xì)胞內(nèi)容物的變性至關(guān)重要。

根據(jù)胞內(nèi)大分子聚合物的特定特性以及它們所在的細(xì)胞,團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了兩種方法來(lái)分離這些聚合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)表征。包括生物素-鏈霉親和素生物偶聯(lián)功能化的磁性納米顆粒和固定化金屬親和色譜法(IMAC)。

細(xì)胞內(nèi)生成的大分子聚合物具有廣泛的潛在應(yīng)用。細(xì)胞內(nèi)大分子聚合物的生成導(dǎo)致的細(xì)胞環(huán)境粘度增加可以對(duì)肌動(dòng)蛋白聚合、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞遷移行為產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。使用特殊單體通過(guò)原位聚合,它們還可以被用作生物傳感器和生物成像造影劑,達(dá)到通常小分子很難實(shí)現(xiàn)的細(xì)胞長(zhǎng)期跟蹤目的。重要的是團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)一些單體可以作為前體藥物通過(guò)聚合可以誘導(dǎo)癌細(xì)胞周期阻滯、自噬、凋亡和壞死性死亡,以及降低癌細(xì)胞遷移和運(yùn)動(dòng)的能力。

除了癌癥治療之外,這種細(xì)胞內(nèi)大分子聚合方法學(xué)的構(gòu)建在干細(xì)胞研究和神經(jīng)退行性疾病領(lǐng)域也擁有巨大的潛力。通過(guò)理解胞內(nèi)聚合的基本機(jī)制,研究人員可以精細(xì)地操縱胞內(nèi)環(huán)境,并可能影響干細(xì)胞分化的過(guò)程。此外,胞內(nèi)聚合的機(jī)制可能被利用來(lái)解決蛋白質(zhì)錯(cuò)誤折疊和聚集問(wèn)題,進(jìn)行神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的研究。使用多樣化的小肽序列或含有無(wú)機(jī)元素的單體可能進(jìn)一步擴(kuò)大細(xì)胞內(nèi)聚合的潛力,為定制的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用解鎖廣泛的可能性。
總之,能夠在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生定制功能性的大分子聚合物,使我們更接近于先進(jìn)的治療策略和創(chuàng)新的生物成像方法。
中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究耿晉研究員和倫敦大學(xué)女王學(xué)院Bradley教授為該文章通訊作者,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究的研究生Abdelrahim和助理研究員高權(quán)博士為文章共同第一作者。
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